翻砂铸造技术

1、翻砂铸造技术1树脂固化砂工艺树脂砂的特点较多，如型芯砂高强度、高固化效率、高溃散性，铸件高 精度、高表面质量，为大批量流水线生产各种复杂的中、小型铸件的型芯提供了一种理想的 方法，从而很快在汽车、拖拉机和内燃机等行业得到了广泛应用。又由于其高强度、高精度、 高溃散性，低的造型制芯劳动强度，对于满足多品种、小批量生产各种结构日趋复杂的中、 大型铸件的型芯，也起了十分重要的作用。目前，树脂砂工艺繁多，可按其不同的硬化方式， 分为如下三大类：加热硬化法、吹气硬化法和自硬法。 1. 加热硬化法 此法系指型芯本体 经过外部加热源进行加热，使型芯砂在一定温度和时间下固化成型的一种工艺。目前在铸造 生产中广

2、泛应用的有：壳型法和热芯盒法两种。壳型法是一种开发最早、发展最快、应用甚 广的高效造型、制芯工艺。由于覆膜砂的流动性、充型性和存放性均好，强度大、溃散性好， 被汽车行业广泛应用于大批量生产各种结构复杂、质量要求高的型芯。热芯盒比壳型开发晚 15 年，由于它的型、芯砂制备简单，成型温度低，硬化速度快，在生产中也得到了应用， 鉴于其型砂流动性差、存放性不好，吸湿性很大，含氮量较高，限制了它的应用，目前国外 已开发了新型热芯盒树脂，效果较好，国内也在试用。由于这两种工艺操作方法基本相似， 下面仅介绍壳型法。（1）壳型用原材料及其特性壳型用原材料主要是覆膜砂，它是由硅 砂、热塑性酚醛树脂、乌洛托品硬化

3、剂、硬脂酸钙润滑剂及其他附加物等材料，在专门的混 制设备上热法混制而成，铸造厂家可根据铸件的种类和不同结构的要求来选用，目前市场上 可提供的覆膜砂系列产品的性能见表1。表1覆膜砂系列产品的性能（2）壳型、芯的制造工艺及其设备壳型、芯的制作方法一般有两种：翻斗法和吹砂法。翻 斗法适用于壳型制作，而吹砂法多用于壳芯生产。吹砂法壳芯机又可分为底吹式和项吹式两 大类。底吹式壳芯机制芯时，芯砂由底部吹入芯盒，吹芯压力为0.405MPa,吹砂时间为 1535s。由于芯砂由底部吹入芯盒，充填情况不如顶吹式理想，故一般适用于外形简单的 壳芯。顶吹式壳芯机制芯时，芯砂由芯盒顶部吹入，充填情况较好，但整机结构复杂

4、，常用 于结构较复杂的壳芯制造，其吹芯压力为0.10.3MPa,吹砂时间为38s。壳芯制造过程 如下：把芯盒加热至210250,吹入覆膜砂，这时覆膜砂上树脂受热融化、结壳后，翻 转1800,使芯盒自动左右摇摆数次，排放出未固化的砂子，翻斗复位，壳型、芯继续硬化2 3min,便可顶出制好的壳型、芯。（3）发展前景 在热法制芯中壳型、芯工艺是一种很有 发展前途的高效制芯工艺,但是目前覆膜砂中树脂加入量高,生产成本高,铸件气孔及变形 严重。同时它存在硬化温度高,硬化时间长,硬化时气味大等缺点。国内外正在开发各种新 型的低气味、高强度、速固化、流变性能好的改性酚醛树脂和低氮、无氮的硬化剂,并开发 了新

5、型覆膜混砂设备和；日砂再生设备。2吹气硬化法此法系指型、芯本体不需加热, 仅在气体催化剂作用下迅速固化成型的一种制芯工艺。这种工艺现有三乙胺法、SO2法和低 毒、无毒气硬法等几种。目前在生产中仅三乙胺法得到广泛的应用。它的最大特点是硬化速 度快,硬透性好,生产效率高；其次是芯盒不需加热,劳动条件好,芯盒生产成本低,现已 在批量生产各种复杂的砂芯的汽车、拖拉机行业广为应用。（1）三乙胺法用原材料三乙 胺法用原材料主要由硅砂、树脂和催化剂等组成。此法对硅砂要求甚严，特别是含水量 0.2%,含泥量0.3% （均指质量分数）。所用的树脂由二个组分组成；组分I为苯醚型特制 酚醛树脂，组分H为聚异氰酸酯（

6、人1）。为了降低树脂对硅砂及环境湿度的敏感性和适用 于低温浇注铝合金铸件的需要,近年来,又开发了抗湿性树脂和铝合金专用树脂。催化剂为 液态的三乙胺或二甲基乙胺,为了能使砂芯均匀硬化,液态三乙胺需要先雾化或汽化,再与 惰性气体混合（常用的氮气）,吹入芯盒,使砂芯硬化,以防止三乙胺气体浓度过大而引起 爆炸。（2）三乙胺法制芯工艺及其设备三乙胺法制芯均在专用的冷芯盒射芯机上完成， 所用射芯机的结构与普通射芯机相似，但增加了吹气机构和前后工序配套设备。前工序配套 设备有：混砂机、砂加热器、气体发生器、压缩空气干燥除湿系统、三乙胺气体雾化装置等。 后工序配套设备包括废气净化系统。制芯的主要工序为：硅砂加

7、热至2535,将组分I 酚醛树脂加入砂中，混制12min,再加入组分H（PAPI）,继续混制12min。通常两组分 加入量各为0.75%,即为砂的质量分数为1%2%。然后在0.300.35MPa射砂压力下， 把砂子射入芯盒，再将与载体混合、体积分数为2%的三乙胺气体，在0.2MPa压力下吹入 芯盒,使型、芯砂迅速硬化,硬化时间一般为几秒或几十秒钟。型、芯硬化后,紧接着通过 原来吹气系统,再吹入洁净干燥的空气,以便清洗型、芯砂中的残胺,并可进一步提高它的 强度。从芯盒中排出的空气中含有残余的有毒胺气,必须送到洗涤室内,用酸中和,将胺除 去,也可采用燃烧法去胺。最后,打开芯盒,取出已硬化的砂芯,便

8、可进行下一轮程序。为 了提高铸件的表面质量,减少粘砂缺陷,砂芯表面应刷一层涂料。可采用水基涂料,但必须 待树脂完全硬化后上涂料,防止明显降低砂芯强度,刷涂后应及时烘干。（3）发展前景气 硬冷芯盒制芯工艺是目前国内外重点开发、最有发展前途的一种高效制芯工艺,特别是低毒、 无毒气硬工艺,在当前全球关注环境保护、推行清洁生产的情况下,更具有很大的现实意义。 现正在开发的酚醛树脂/酯法，聚丙烯酸钠/ CO2法和碱性酚醛树脂/ CO2法等无毒制芯工 艺,尽管还存在强度低,树脂加入量高,吹气硬化时间较长,抗湿性较差等一些问题,但可 以预计,在不久的将来,会开发出更为理想、无毒无公害的高效制芯工艺,成功地应

9、用于生 产,有力推动我国铸造事业向前发展。3树脂砂自硬法此法系指型、芯砂在室温下,通 过加入一定量的固化剂,使之在芯盒或砂箱内,并在一定时间内自行硬化成型的一种造型、 制芯工艺。目前在铸造生产中得到应用的有酸固化呋喃树脂砂、酯固化碱性酚醛树脂砂和酚 尿烷树脂砂等。这种工艺的最大特点是：树脂砂可在常温下自行硬化成型,型、芯砂有一定 的可使用时间,其硬化速度与强度受室温、环境湿度的影响很大,生产效率不高,故比较适 用于单件、小批量、多品种的中、大型铸件的型、芯生产,在我国机床、通用、重型、造船、 机车等行业得到了应用。在上述几种树脂自硬砂工艺中,以酸固化呋喃树脂砂在我国应用 最多,因为它所用的原辅

10、材料及设备能成套供应,技术较成熟,积累的经验也最丰富,目前 国内300多家采用树脂砂工艺的工厂,绝大多数是采用这种工艺,与粘土砂比较,可提高铸 件的尺寸精度23级，改善表面粗糙度12级，废品率明显减少。（l）呋喃树脂砂用原 材料 呋喃树脂砂用的主要原材料有硅砂、呋喃树脂和固化剂。呋喃树脂砂对硅砂的质量要 求较严,应从角形系数、含泥量、含水量、微粉含量、耗酸值与灼减量等项技术指标加以控 制。粘结剂呋喃树脂是以呋喃环为主、低聚合度的缩聚树脂,按其化学组成可分为酚醛改性 呋喃树脂、脲醛改性呋喃树脂和酚醛脲醛改性呋喃树脂等,而以脲醛改性呋喃树脂在国内应 用最广。用酚醛部分取代脲醛,不仅能保持一定强度,

11、而且还能降低树脂中含氮量,是一种 性能较好的呋喃树脂。按国家专业标准GB/T752694的规定，呋喃树脂可按其含氮量分 为无氮中（N2）W0.3%、低氮皿（N2）0.3%2.0%、中氮（中（N2）2.0% 5.0%）和高氮（N2）5.0%13.5%树脂，也可按游离甲醛含量（质量分数）分为 二级；一级含W0.4%,二级含W0.8%。要求质量较高的铸件可选用低氮树脂，而有色金属 铸件可采用含氮较高的树脂。目前呋喃树脂砂常用的固化剂为有机磺酸,它又可分为对甲苯 磺酸和二甲苯磺酸二种,后者常用于气温较低的冬季。（2）树脂自硬砂的专用设备树脂 自硬砂的成套设备主要包括混砂系统和旧砂再生系统两大系列,混砂

12、系统以混砂机为主,并 配以振实台、翻转起模机、输送辊道和电控等装置,组成树脂砂造型、制芯生产线。旧砂再 生系统大多具有砂块破碎、筛分、磁选、旧砂再生、微粉分离和砂温调节等功能。为了满足 环境保护的要求及微粉分离的需要,树脂砂生产线还必须配有良好通风除尘装置。（3）树 脂自硬砂的造型、制芯工艺呋喃树脂在强酸固化剂作用下,树脂分子间相继产生加聚反应 和缩聚反应，使原来低相对分子质量的线型结构相互交联，转变为相对分子质量很大的体型 结构的树脂膜，将砂粒粘结起来，达到型、芯的常温固化。树脂加入量（质量分数）一般为 0.8%1.2%,磺酸类固化剂加入量为树脂的30%60%,型、芯砂的可使用时间从几分钟

13、至数十分钟，起模时间由十几分钟至数小时。树脂自硬砂的造型、制芯工艺基本上与粘土 砂类似,由于树脂自硬砂具有许多特点,在造型制芯时应考虑如下几点：应根据合金种类 和铸件的大小,合理选用树脂的类型及吃砂量的大小,尽量降低砂铁比和造型材料的生产成 本；应根据室温的高低,合理选用固化剂,夏季室温高时,选用酸强度较低的固化剂,冬季 室温较低时,应采用二甲苯磷酸为主,加入适量无机酸的醇溶性固化剂；树脂砂的流动性很 好,但具有明显的时间性,必须在型砂可使用时间内完成造型制芯工作；树脂自硬砂起模困 难,不可太晚；树脂砂在浇注时发气速度较快,必须采取措施将气体排出,防止气孔的产生； 树脂砂耐热性较低,必须上涂料

14、,以保证铸件的表面质量；根据有机粘结剂特点,应按快、 稳、封闭、底注、保证压头和处理脏铁液等原则来设计浇注系统。实践证明,只有遵循上 述原则来造型制芯,才可能获得质量高、成本低的树脂砂铸件。（4）发展前景我国80% 以上铸造厂家属于单件、小批量生产,80 年代以前大多数采用落后的粘土砂工艺,铸件质 量差,生产效率低,劳动强度大,环境污染严重。由于机械工业的发展和铸件出口贸易的需 要,不少厂家采用树脂砂代替粘土砂,取得了明显的效果,充分证明该工艺对单件、小批量 生产的铸铁车间具有较大的发展前景,低游离甲醛和低糠醇呋喃树脂的开发,又有力地促进 了该工艺的发展。特别是80年代后,酯硬化碱性酚醛树脂自

15、硬砂的问世,较好地解决了呋 喃树脂砂的成本、环保和热裂等问题,为今后生产优质铸钢件创出了一条新路。但是,碱性 酚醛树脂尚存的强度低、粘度大和再生困难等问题,预计在不久的将来,将会得到圆满的解 决。在即将到来的21世纪,化学固化砂的各种新型造型、制芯技术将会在我国铸造厂家开 花结果,为改变我国铸造事业落后现状作出较大的贡献。2水玻璃固化砂工艺树脂固化 砂的应用实践表明,呋喃树脂的价格较高,环境污染较大,在未来21世纪人们对于自身生 存条件和环境的要求日趋严格的条件下,由于车间劳动保护和生产环境卫生方面的投资很大, 从而使树脂砂的应用受到一定限制,许多国家又对水玻璃固化砂极为重视。最近十多年来,

16、人们对于水玻璃的基本组成和老化现象实质的认识深化和新型硬化工艺的开发等两方面 均取得了突破性进展,在型芯砂保持足够的工艺强度的条件下,水玻璃加入量（质量分数） 可降至2.5%3.5%,从而使水玻璃砂长期存在的溃散性差、旧砂不能回用的问题，得到了 较好的解决。水玻璃砂的硬化方法可分为：CO2气硬法和自硬法两种，热硬法已很少采用。1. CO2气硬法此法是水玻璃粘结剂领域里应用最早的一种快速成型工艺，由于操作方便、 使用灵活、无毒无味、在国内外大多数的铸钢件生产中，得到了广泛的应用。（1）硬化原 理和特点水玻璃的出现已有三百多年历史,由于它的成分十分复杂、多变,它的基本组成 一直没有搞清楚,对水玻璃

17、的研究主要停留在宏观的层次上。近年来,多种先进测试手段的 开发,可深入到分子范畴进行分析和研究,并发现,新制备的水玻璃是一种真溶液；但是在 存放过程中,水玻璃中硅酸要进行缩聚,将从真溶液逐步缩聚成大分子的硅酸溶液,最后成 为硅酸胶粒。因此,水玻璃实际上是一种由不同聚合度的聚硅酸组成的非均相混合物,易受 其模数、浓度、温度、电解质含量和存放时间长短的影响。水玻璃砂吹入CO2气体硬化时， 水玻璃的表层因吸收CO2而其模数升高和脱水，在酸化和脱水两重作用下，迅速硬化而形 成初强度。已固化的表层水玻璃阻碍了 CO2往深层渗透，内层水玻璃只能靠脱水而继续增 加强度。此法缺点是：型芯砂强度低,含水量大,易

18、吸潮,溃散性差,目前大多用于中、小 型铸钢件生产。（2）水玻璃的改性水玻璃在存放过程中分子产生编聚,形成胶粒,可使 其粘结强度下降20%30%,这一现象称为水玻璃老化。为了消除老化，必须对水玻璃进 行改性,目前改性的方法有物理改性和化学改性两种。物理改性是用磁场、超声波、高频或 加热等办法,往水玻璃中供给能量,使已聚合的胶粒解聚,聚硅酸分子重新均匀化。这种改 性对高模数水玻璃有效，但是存在重新老化的问题。化学改性是往水玻璃中加入少量化合物， 这些化合物均含有羧基、酰胺基、羰基、羟基、醚基、氨基等极性基团，通过氢键或静电将 其吸附在硅酸分子或胶粒表面，改变其表面位能和溶剂化能力，提高聚硅酸稳定性

19、，从而阻 止老化进行。例如往水玻璃中加入聚丙烯酰胺、改性淀粉、聚磷酸盐等，均取得了较好的效 果。 （3）发展前景采用水玻璃改性来提高其粘结能力，往往增加了生产成本和工艺复杂 化。近年来，日本又开发了 VRH法，此法是先把砂粒间空隙中的空气抽去，再吹入CO2气 体，使铸型迅速硬化成型。此工艺可使水玻璃加入量（质量分数，下同）降至 3.0以下， 而CO2用量仅为原来的1 / 10。最近又有作者提出往水玻璃砂中加入一种无机物，经高温作 用后，在常温时粘结桥上会形成大量孔洞，使型芯砂在不受外力作用下，自行溃散的新工艺。 2酯硬化法（1）硬化原理和特点此法是采用液体的有机酯作水玻璃的硬化剂。有机酯在 强

20、碱性水玻璃溶液的作用下，水解为醇与酸。醇有很强的亲水性，它可夺去水玻璃的水分， 构成它的溶剂化水。酸与水玻璃反应，析出醋酸钠，它也有一定的亲水性，能夺取水玻璃的 水分，构成它的结晶水。在酸化和脱水双重作用下，使水玻璃砂硬化。这种硬化工艺可使型 芯砂具有很高的强度，不仅水玻璃加入量可降至3.0以下，而且硬透性和抗湿性均好，适 用于各种大型铸钢件的生产。缺点是型芯砂硬化速度慢、脆性大和流动性较差。（2）主要 原材料及型砂的工艺控制酯硬化的水玻璃砂用原材料有硅砂、水玻璃和液体有机酯，这些 材料的质量和合理选用将直接影响工艺成败、铸件质量和生产成本。对酯硬化水玻璃砂来说， 尽管对硅砂的要求不像树脂砂那

21、样严格，为了降低水玻璃加入量，硅砂应满足如下要求：泥 的质量分数W1.0%,水的质量分数W0.5%,细粉的质量分数1.0%和角形系数1.3。水玻 璃应达到国家专业标准ZBJ31003 88的要求。严格控制水玻璃的模数是成功应用此工艺的 关键，应根据季节和室温加以调整：夏季，M = 2.22.4,其余季节，M = 2.42.6,有条件 时，最好对水玻璃进行改性，消除老化现象。目前用于铸造生产的有机酯有：丙三醇醋酸酯、 乙二醇醋酸酯、二甘醇醋酸酯和丙二醇碳酸酯等，加入量（质量分数）占水玻璃的8%12%。 有机酯是决定酯硬化水玻璃砂的工艺性能和生产成本的关键材料,必须严加选择,即应根据 型、芯的大小

22、和水玻璃的模数,合理选用不同型号（快酯、慢酯或混合酯）的有机酯。对 于酯硬化水玻璃砂的工艺性能来说,主要控制如下性能：起模强度、终强度、可使用时间和 残留强度等,详见表2。表2型、芯砂推荐的技术指标大型铸件的混砂可采用连续式混砂机,造型、制芯均为手工操作。（3）发展前景加入某 些附加物,形成复合水玻璃,起着助粘结剂作用,能进一步提高水玻璃的粘结性能,如加入 磷酸盐、硼酸盐或铝酸盐等附加物。另外,应用较广泛的有机酯硬化剂,因其价格高而影响 了该工艺的推广应用,有人又提出了一种无机酸和有机物配制成的硬化剂,其主要成分为磷 酸、磷酸盐和尿素,这种新型硬化剂不仅生产成本低,而且,型芯砂具有较好的溃散性

23、。 铸造生产技术发展趋势一、概述 铸造是获得机械产品毛坯的主要方法之一,是机械工业重要的基础工艺,在 国民经济中占有重要的位置。我国铸造业的现状是产量大,年产铸件约1,200万吨,厂点 多,达2万多个,铸造业的从业人员在120万人以上。我国铸造行业的一大特色是改革开放 以来乡镇企业迅猛发展,成为我国铸造行业的一支重要力量。乡镇铸造厂点数已超过国有铸 造厂点,乡镇铸造厂点的铸件产量约占全国铸件总产量的一半。 当前世界上工业发达国 家铸造技术的发展归纳起来大致有四个目标，即： 保护环境，减少以至消除污染； 提高铸件质量和可靠性,生产优质近终形铸件； 降低生产成本； 缩短交货期。 我 国铸造行业除厂

24、点多,从业人员多,产量大以外,与发达国家相比,在质量、效率、能源与 材料消耗、劳动条件与环境保护等方面都存在差距。造成这些差距的原因是铸造厂点规模小, 经济实力差,工艺和设备落后,管理水平低,从业人员素质不高。为了消除这些差距,为了满足我国经济建设的需要，也为了铸造行业自身的存在与发展，我国的铸造行业应以提高铸 件质量和经济效益为中心，面向国内和国际两个市场；加强管理，打好基础，提高企业素质； 调整产业结构，合理配置资源，提倡适度规模经营；继续以适用先进的生产工艺和技术装备 改造铸造行业，实现清洁化生产，保证可持续发展。 1 效益是企业发展的基础 发展的 基础是效益，发展又是为了实现更高的效益

25、。中国应该有一个高效益的铸造业。没有效益的 企业连生存也是困难的，更谈不上发展。为了提高效益，应从以下几方面着手： 减员 增效与节能降耗。实现专业化生产。采用新技术，实现科学管理。2质量是 企业的生命 质量和效益有时看似矛盾，但两者是统一的。产品质量低劣的企业终究是不 能立足的，更谈不上效益，也不可能持续发展。提高产品质量需从以下几方面着手： 合理选购原辅材料，正确制订及严格执行有关的工艺规程。采用新技术、新工艺、新设备、新材料。a.加强计算机技术在铸造生产中应用的研究。b.在砂型铸造中采用高 硬度及高均匀度的铸型，发展与推广相应的工艺与设备。c.发展近净形及净形铸造成形新工艺。d.发展液态金

26、属处理及净化的新工艺新技术，优化材料性能。e.发展机械化 自动化，以保证铸件质量的稳定性、均一性，改善劳动条件。f.加强铸造环保设备的研究 和应用。 具有一支稳定的高素质的从业人员队伍。 3 实现清洁化生产 清洁化生 产是可持续发展的基本要求。清洁化生产的含义是：实现尽可能低的资源（原材料）与能源消 耗；实现宜人化的生产环境及最低或零污染物排放;生产清洁化的产品（产品耗能、耗材少， 易于再生复用及符合人机工程要求）。铸造的清洁化生产，主要是应用新技术、新工艺、新 材料、新设备以实现低消耗、低污染或者无污染及铸造生产的宜人化环境等方面。 二、 坚持进行技术改造，采用成熟、适用、先进技术 企业技术

27、改造，要根据企业产品的结构 特点、批量大小、质量要求，合理选用成熟、适用、先进的技术。首先，所选技术必须成熟 可靠。因为技术改造不是科研，不允许失败；也不是中间试验，可以小规模、小范围，而不 讲时间和条件。技术改造是要将成熟的科技成果应用于设计、生产中。同时所选技术对改造 企业来讲还必须适用，保证在经济上合理。 实践告诉我们，并非凡是先进的、技术含量 高的一定是适用的。各种技术都有一定的局限性和适用范围，适合于一定的零件，选择不当， 再先进的技术，也不能确保生产出优质的产品，不能保证产生高的经济效益。 1发展高 性能铸造合金，提高产品的材质水平 据近五年统计，我国铸铁件占铸件总产量的79% 8

28、0%（球铁约占13%）,铸钢件占13%14%,有色合金铸件约占7%,（铝铸件约占5.5%）。发 展趋势是灰铸铁件、铸钢件（主要是碳钢件）、可锻铸铁件呈下降趋势，球铁件在增长，轻合 金件占的比例越来越大。发达国家轻合金铸件产量已超过铸钢件,其产值已远远超过铸钢件； 日本1998年压铸件的产值已接近灰铸铁件；球墨铸铁件的产量为铸钢件的四倍多,产值为 铸钢件的两倍。今后,我国应提高球墨铸铁、蠕墨铸铁、高强度灰铸铁、合金铸钢、铸造 铝合金、镁合金的比例。 1）铸铁 （1）加强高强度薄壁灰铸铁生产技术的开发 低成本 和良好的铸造性能是灰铸铁的主要优势,所以灰铸铁已广泛应用于汽车、内燃机、农机、压 缩机和

29、市政建设等领域。今后制约灰铸铁件增长和发展的主要因素之一是轻量化,铸铁轻量 化将为铸铁工业注入新的活力,今后应加强高强度薄壁灰铸铁的生产技术的开发。 （2）进 一步推广使用球墨铸铁 随着我国汽车工业和铸管工业的发展,以及随着我国球墨铸铁生 产水平的提高,应用领域的拓宽,预计进入21世纪,我国球铁件产量必将有大幅度的增长, 应进一步扩大等温淬火球墨铸铁在承受强载荷工况机械零件和耐磨件上的应用。推广铸态球 墨铸铁,节约能源,降低生产成本。（3）扩大蠕墨铸铁的应用 蠕墨铸铁是一种新型材料,它的强度、塑韧性高于灰铸铁,铸造性能优于球墨铸铁,具有优良的耐热疲劳性能和导 热性能,可在柴油机缸盖和排气管、液

30、压阀、机床床身、钢锭模、玻璃模具等铸件上推广应 用。（4）抓好铸铁熔炼环节,提供优质铁水 抓好铸铁的熔炼环节,及时提供优质铁水,这是提高铸件综合质量的基本保证。所谓优质铁水,是指铁水温度高,成分合格,波动小,元素烧损少，增碳率高。目前我国用于铸铁件生产的熔炼设备90%以上为冲天炉，其中绝大部分又是小型（W5T/h）冷风冲天炉，且多使用冶金焦。这种炉子的能量效率不高（约 38.8%），连续工作时间短，难以熔炼出优质铁水。 为了获得优质铁水，应当推广铸造焦 和先进适用炉型。熔化量大的5t/h以上的冲天炉宜采用外热风（500）、水冷、连续作业、 清洁、封闭冲天炉；流水线生产球墨铸铁、蠕墨铸铁、高强度

31、薄壁灰铸铁件宜采用冲天炉感 应电炉双联熔炼；生产特种小铸铁件，如供电条件好，可用感应电炉熔炼。熔炼过程中，还 可采用加氧送风、等重除湿等先进技术。 小型冷风冲天炉或单炉胆热风冲天炉可改为双 炉胆式高效内热风冲天炉，使热风温度由200提高到400左右；推广应用多孔塞脱硫技 术，发展盖包、转包、喂丝等球化工艺，提高球铁铸件的质量。在大批量流水生产中推广应 用铁水流、孕育丝和型内孕育等瞬时孕育技术及过滤网技术，提高材料均匀性，并减少渣孔 缺陷。为及时掌握铁水的成份变化和铁水处理的质量，应逐步在专业铸造厂配备一系列现代 化的测试、分析和管理手段，要提高监测设备的快速性、精密性及自动化程度。逐步取消用

32、炉前试块观测白口深度的原始粗测法，采用物理方法的铁水性能速测仪或热分析仪，快速测 定C、Si、碳当量和力学性能；资金充裕者引进直读光谱仪。冲天炉烟气净化的措施就是抽 出烟气，使烟气中的CO二次燃烧，燃烧余热再预热冷空气并使热风鼓入冲天炉，同时达到 提高铁水温度和烟气净化的双重作用。 冲天炉除尘措施有： 干式除尘器。 投资 少者可采用旋流除尘器、旋风除尘器（含多管旋风除尘器）；投资较多者可采用袋式、静电、 颗粒层等除尘器。湿式除尘器或两级组合除尘（如旋风加布袋）。这要视要求排放标 准和投资多少而定，但要注意，常用的袋式除尘器要考虑烟气冷却和布袋的使用寿命（特别 是打炉时），湿式除尘要处理好含尘水

33、排放堵塞下水道，造成二次污染的问题。 2）增加铸 钢品种，提高铸钢件质量 铸钢工业发展的趋势将不再是铸钢件产量、铸钢厂数量和生产 能力的增加，而是铸钢件的质量、品种、性能以及合金钢的比例的不断提高。我国合金钢铸 件的比例不足20%,而工业发国家已达到42%48%。随着合金钢铸件比例的提高，对合金 钢液的精炼要求也愈来愈高。采用高新技术提高铸钢件性能，缩小铸钢件体积，提高铸钢件 寿命是亟待解决的问题。建议在如下几方面开展工作。开发铸钢中合金钢新钢种，提 高铸钢性能,部分顶替锻钢,提高材料利用率,降低成本,缩短制造周期,节省能源、资源 等。采用高新技术提高铸钢钢液纯净度、均匀度与晶粒细化程度，进一

34、步提高铸钢的强韧性，减轻铸件重量（与国外相比重10%20%）,降低废品率。精炼工艺有：氩气净化； 钙线射入净化加氩气净化；AOD精炼；VOD、VODC炉精炼。采用近终形铸造技术，进一步提高铸钢件尺寸精度与表面质量，减少加工余量（与国外相比，加工余量大13倍以上）。 降低能源与新砂消耗（吨钢水耗电：我国700850kWh,日本450550kWh）及提高铸钢件 工艺出品率（我国55%58%,工业发达国家60%）。开发钢基复合材料。提高环保水平,达到国家环保标准。 3）有色合金铸造重点发展 铝、镁等轻合金铸造轻合金由 于具有密度小、比强度高、耐腐蚀等一系列优良特性,广泛地应用于航空、航天、汽车、机

35、械等各行业。有色合金熔炼应推广感应电炉。感应电炉热效率高,作业环境好,应是有色合 金熔炼的主要设备。应逐步淘汰燃油坩埚炉和焦炭坩埚炉。燃油坩埚炉和焦炭坩埚炉不但热 效率低,而且会对周围环境造成污染。还应推广铝合金气体喷吹无毒熔炼技术。 2 发展 先进的造型、制芯、落砂、清理工艺和设备 先进、成熟、适用的铸造成型工艺方面,可 按产品为对象,大致分为以下三种类型：（1）大批量生产的中小型铸件,应推广预紧实的高压、静压、射压或气冲造型高效流水线湿型砂造型,减少、淘汰震压式造型；推广树脂砂 高效制芯（热、温和冷芯盒,壳芯等）,减少油砂或粘土砂制芯的比例。湿型铸造中推广煤粉 代用材料。（2）单件、小批量

36、生产的中、大型铸件,继续推广各种类型的树脂自硬砂（呋喃、Pepset法、碱性酚醛树脂砂等），在中、大型铸钢件生产中，也可推广采用酯硬化水玻玻璃 砂,代替和淘汰粘土砂干型。（3）特定铸件应推广各种特种铸造,如离心铸管、轻合金压 铸、低压铸造、硅溶胶熔模铸造或硅溶胶-水玻璃复合制壳工艺、型材连铸、铁型覆砂、V法、消失模铸造等。 此外，还应开发和推广能提高铸件精度和表面质量的专用涂料系列 和涂敷技术，如不占位涂料、流涂涂料、能控制冷却速度的涂料等。关于铸件清理，继续 推广强力抛、喷丸等高效机械化清砂，淘汰水力清砂、水爆清砂，减少手工清砂。对铸铁件 配备抛丸清理设备或清理生产线，铸钢件或较复杂的铸铁大

37、件采用喷抛联合清理设备，液压 件等小壳体类铸件可采用电液压或电化学清砂设备；如组织清整生产线要尽量考虑铸件的在 线检测(如测尺寸精度、表面硬度等)、粗加工基准定位面，设置铸件的防锈处理(浸防锈液或 涂底漆等)。 还应开发推广机械手和机器人在落砂清理，切割浇冒口，打磨飞边毛刺中 的应用，改善工人的劳动条件。 3将计算机技术引入铸造领域 传统的铸造设计、生 产方法已不能适应市场经济和社会进步的要求，为了赢得竞争、占有市场、可持续发展，铸 造生产厂必须变革传统的生产方法，引进新技术、新思维。将计算机技术引入铸造领域正是 这一趋势的迫切要求。以下就计算机在铸造领域应用的一些重要方面，包括计算机辅助设

38、计与分析、计算机检测与控制、专家系统、信息处理系统、铸造工装的计算机应用以及Internet 与铸造产业等进行阐述。1)计算机辅助设计与分析 (1)计算机辅助设计 计算机辅助设计(Computer Aided Design，简称CAD)是以计算机为主要手段，辅助设计者完成某项设计 工作的建立、修改、分析和优化，输出信息全过程的综合性技术。与传统铸造工艺设计方法 相比，用计算机设计铸造工艺可以显著提高设计效率、缩短设计周期;能够实现设计与分析 的统一;可以存贮并利用铸造工作者的经验，较容易设计出合理的铸造工艺;同时为铸造计算 机辅助工程(Computer Aided Engineering，简称

39、 CAE)、计算机辅助制造(Computer Aided Manufacturing，简称 CAM)、计算机辅助工艺规划(Computer Aided Process Planning，简称 CAPP) 及计算机集成制造系统(Compute门ntegrated Manufacturing System,简称CIMS)的实施准备完 备的信息，奠定良好的基础。经过几十年的努力，目前国内外研制开发的铸造工艺CAD系统，概括起来可以分为通用和专用铸造工艺CAD两类：通用铸造CAD系统：主要用于普通砂型铸造工艺的设计，又分为铸钢、灰铸铁、球铁及有色等种类。功能包括浇注系统设 计，补缩系统设计，分型面、拔

40、模斜度、加工余量的确定，尺寸标注以及工艺图及工艺卡的 输出。专用铸造CAD系统：主要用于某些特定范围和特定目的的铸造工艺设计，如压铸型CAD、齿轮类CAD、阀体类CAD、曲轴类CAD、机架类CAD、缸体类CAD、叶片类CAD、 DISA造型线铸造工艺设计CAD等。上述铸造工艺CAD多为二维系统，以甩掉绘图板、红蓝铅笔及铸造手册为主要目的。计算机辅助分析 计算机辅助分析又称计算机辅助工程(Computer Aided Engineering，简 称CAE)，是计算机应用的一个重要领域。一般说来，它是通过建立能够准确描述研究对象 某一过程的数学模型，采用合适可行的求解方法，使得在计算机上模拟仿真出

41、研究对象的特 定过程，分析有关影响因素，预测这一特定过程的可能趋势与结果。铸造过程数值模拟技术 便属于典型的CAE技术。经过几十年的发展，铸造CAE所涉及的范围已相当广泛。上述模拟技术已从最初的普通重力砂型铸造扩展到压铸、低压铸造、熔模铸造、电磁铸造、双辊 连铸、电渣熔铸等众多铸造方法。目前，铸造数值模拟技术尤其是三维温度场模拟、流动场 模拟及弹塑性状态应力场模拟已逐步进入实用阶段，国内外一些商品化软件系统先后推向市 场，对实际铸件生产起着越来越重要的作用。 因此，对计算机辅助设计与计算机辅助分 析应以积极推广。实施甩图板、甩红蓝铅笔、甩铸造手册工程 当前国内铸造生产依然是采用传统的工艺设计手

42、段，铸造工艺CAD的应用几近空白，应当尽快实施甩图板、甩 红蓝铅笔、甩铸造手册工程，实现铸造工艺的计算机设计。这是铸造行业技术改造的必然要 求。大力推广铸造CAE技术目前国内采用铸造CAE技术的企业不到100家，仅占所有铸造厂家的0.5%左右，与西方工业发达国家(10%左右)差别很大，推广应用工作应大力 加强。一方面国内铸造业应解放思想，大胆采用最新科技成果；另一方面还应正确认识铸造CAE系统的作用，它侧重于分析、优化铸造工艺，但它绝对不能完全代替铸造工程技术人员， 不能神化它的功用，亦不应无视其作用，确切地说它是铸造工作者手中的有利工具。最后还 需要政府的扶植，多渠道推广。铸造工装初步实现C

43、AD / CAE/CAM/RPM 一体化，进一步实现远程制造 在整个铸造生产中，铸造工装尤其是铸造模具/模板的设计制造，比较易 于实现CAD/CAE/CAM/RPM 一体化。目前国内一些铸造工装企业已初步采用了上述先进设计 制造技术，甚至还实现了远程制造。但范围太小，需要进一步加大推广应用力度。 加 强人才培训 铸造CAD、CAE推广应用的另一个关键是人才培训，性能先进的CAD、CAE 软件系统只有配以高素质的应用人才才能达到最佳效果。因此在推广高技术的同时应大力加 强人才培训。2)计算机检测与控制 利用计算机实现对生产设备或生产过程进行检测与控制是计算机在铸造生产中应用的重要内容。近些年来，

44、已经出现了很多利用微机来测试各 种参数、监视生产状况、控制生产过程的设备及装置，从而有效地提高了铸件质量及生产效 率，降低铸造成本。铸造过程采用微电子及计算机技术进行检测与控制是生产高质量铸件的 必备条件，也是现代铸造生产的一个重要标志。微机检测与控制系统通常由计算机硬件与软 件、I/O接口、模数转换器(A/D)、数模转换器(D/A)、传感器及执行机械等部分组成。目前在铸造生产中运用的微机检测与控制系统主要有如下几个方面： 型砂性能及砂处理 过程微机检测与控制。 主要功能有紧实率、抗压强度、抗拉强度、有效粘土含量、透气 性测定及水分控制。 冲天炉熔炼的微机检测与控制。 主要功能有配料的自动控制

45、、 风量调节、冷却水量控制、湿度及温度控制。 金属液质量的炉前快速检测及微机处理。 主要功能有各元素成分测定、金属液温度、共晶度、孕育效果、抗拉强度、硬度的测定。 铸件成形过程的微机检测与控制。 主要功能有金属液流动性检测、铸型性能检测、造型 线主辅机工作状态的监控。 铸件成品质量的微机检测。 主要功能有检测铸件内部空 洞的大小、检测铸件表面的粗糙度。 此外还有低压及压铸生产过程微机控制系统、料库 监控系统及生产组织协调监控系统等。随着科技的发展，铸造行业计算机检测与控制系统将 越来越强调在线监控，强调集成化与智能化。 在线化 能够对铸造过程或设备进行在 线检测与控制，能够及时准确地反映现场状

46、态，实时控制有关生产设备，从而使铸造过程或 设备保持着最佳状态。 集成化 各监控系统能够相互配合、相互协调，成为一个有机 的整体。 智能化 监控系统能够根据现场实际情况，自动发出准确合理的指令控制相 关对象。远程化 利用Internet可以实现远程(异地)监控。国内铸造企业这一领域的计算机应用相对较多，尤其是一些大规模专业铸造生产厂家，比较注重该方面技术的应用。 但总的来说，应用面还不够宽，现有的检测与控制系统也大都是散兵游勇，各自为政，相对 孤立地完成某一特定的工作。因此铸造企业一方面在抓现有铸造监控系统现代化改造的同时， 注重引进吸收先进在线化、智能化、集成化的监控技术，从而达到高效低耗生

47、产出高质量铸 件的目的。 3)专家系统 专家系统(Expert System)是近几十年来人工智能领域研究开发 的计算机系统，它是人类长期以来对智能科学的探索成果和实际问题求解需要相结合的必然 产物。 专家系统是一种基于知识的智能系统，以求解那些人类专家才能解决的高难度问 题为特征。一般包括知识库、数据库、推理机、知识获取机制、解释机制及用户接口等部分。 铸造生产是一个复杂的过程，产品质量受诸多影响因素的制约。而这些因素一般是随机的、 复杂的、很难用数学公式描述。在处理一些突发事件时，往往需要丰富的知识与经验，而这 些知识与经验并不是所有人都能够掌握的。一个性能优越的铸造生产专家系统就可以处理

48、生 产中错综复杂的情况，在不确定信息基础上得到正确的结论，及时准确地解决问题。国外铸 造专家系统的研制起始于80年代，一些不同类型的铸造专家系统先后推向市场，如冲天炉 控制专家系统，铸件缺陷分析诊断专家系统，铸造过程规划、咨询系统，熔模铸造专家系统 等，在实际生产中已取得较好的应用效果。 国内这一领域的研究开发工作起步较晚，但 在一些方面也取得了长足进步，先后推出了型砂质量管理专家系统，铸造缺陷分析专家系统，自硬砂质量分析专家系统，压铸工艺参数设计及缺陷诊断铸造生产专家系统等。尽管铸造 生产专家系统的研究工作已在很多领域展开，并取得了一定的应用效果，但总的来说目前还 处于初始阶段。一些技术及应

49、用环节的障碍，如铸造知识类型复杂、知识表达困难、决策空 间大、多目标和多重约束、模糊性和不确定性等都有待于进一步解决。 专家系统控制是 智能控制的另一个重要分支，是专家系统应用研究的前沿。在线专家系统控制更是倍受关注， 铸造领域这方面的研究将逐步展开。铸造生产专家系统是一个与实际生产结合极其紧密的 应用技术，需要从实际中来，到实际中去。铸造专家系统的研制及应用均需要铸造生产企业 给予大力的帮助与支持，因此应用推广工作应引起多方面高度重视。4)信息处理系统信息社会的一个重要特征就是信息爆炸，在这样的背景下，如何运用高效的管理手段及时 准确地分析和处理要爆炸的信息和浩瀚的数据就显得非常重要了。对于

50、一个铸造企业来说， 企业内部各管理部门之间、各生产部门之间、管理和生产部门之间以及企业和外部之间需要 传递大量的信息；另一方面企业内部各部门技术的进步往往会发生一些阻碍信息交流的孤 岛，一些处理系统如CAD、CAE、CAM、CAPP所需要的及所生成的数据彼此差异很大，需 要协调管理，才能达到资源共享。根据上述要求信息处理系统(Information Processing System) 应运而生。企业信息处理系统有别于管理信息系统(Management Informtation System,简称MIS)及产品数据管理(Production Data Management，简称PDM)，是一个

51、范围更广、内容 更深,集整个企业所有行为为一体的信息处理系统。以铸造生产为例,一个铸造厂的信息处 理系统应含盖该厂的所有行为，包括市场营销、物料进出、生产组织与协调、行政管理、与 外界的信息交换等等。 当今世界信息技术即将成为第一大产业，各种各样信息处理技术 大量涌现、日新月异，特别是信息高速公路的出现，使人类社会进入了一个崭新时代。但是 与其他领域相比，铸造行业信息处理技术研究、开发与应用显得过于落伍。特别是国内的铸 造生产厂家，基本是拒信息技术于门外，尽管也有个别企业尝试采用现代先进信息处理技术， 但毕竟凤毛麟角，远没有形成气候。总结国内铸造行业信息处理技术的开发应用现状，有以 下特点：

52、研究开发没形成规模 基本上处于手工、作坊式、来料加工方式，没有形成 规模、特色。所采用的技术也远不是最先进的。 应用范围较窄 主要集中在铸造企业 的财务、人事、库料管理等方面，现场生产管理很少，基本上谈不上系统集成。 缺乏 先进信息技术的应用 如PDM技术、MRP-II技术、Internet/Intranet技术等应用还处于起 步阶段。 但是，作为机械产品毛坯重要的生产方式，铸造必须吸纳各种现代先进技术， 以实现自身的完善与发展。先进信息处理技术的应用将是铸造产业现阶段及将来的技术进步 最重要的领域之一。其发展也必将呈现集成化、国际化等趋势。 铸造企业信息处理系统 是一个庞大的系统工程，需要有长远的目标与规划。该系统的实施与应用将彻底改变铸造企 业传统的生产、管理方式。5)铸造工装的计算机应用